Biochemistry of microbial degradation

زندگی روی سیاره به فعالیت میکروبی بستگی دارد. بازیافت کربن، نیتروژن، گوگرد، اکسیژن، فسفات و همه عناصر دیگر که ماده زنده را تشکیل می‌دهند به طور مداوم در جریان هستند: میکروارگانیسم‌ها در مراحل کلیدی این فرآیندها شرکت می‌کنند و بدون آنها زندگی در چند سال کوتاه متوقف می‌شود. ظهور نسبتاً اخیر مواد شیمیایی مصنوعی اکنون محیط زیست را به چالش کشیده است: در جایی که تخریب رخ نمی دهد، انباشتگی باید انجام شود. با این حال، با کمال تعجب، حتی سرکش ترین مولکول ها نیز به تدریج شکسته می شوند و مواد بسیار کمی در برابر حمله میکروبی واقعاً غیرقابل نفوذ هستند. میکروارگانیسم ها با سرعت رشد سریع خود، سریع ترین چرخش DNA خود را در بین تمام سلول های زنده دارند. در نتیجه آنها می‌توانند ژن‌های تغییر یافته را تکامل دهند و بنابراین آنزیم‌های جدیدی را برای مدیریت ترکیبات «خارجی» - بیگانه‌بیوتیک‌ها - تولید کنند، به گونه‌ای که چنین تأثیری در سایر موجودات دیده نمی‌شود. بنابراین، تکامل، با تولید میکروارگانیسم‌هایی که قادر به تجزیه مولکول‌هایی هستند که تا به حال شکست ناپذیر بوده‌اند، یک رویداد مداوم است. اکنون، از طریق عامل دستکاری ژنتیکی، می توان این روند تکامل طبیعی را به شیوه ای بسیار جهت دار تسریع کرد. مقیاس زمانی قبل از ظهور یک میکروارگانیسم جدید که می تواند از یک مولکول مقاوم استفاده کند، اکنون به طور قابل توجهی با استفاده از اصول ژنتیکی شناخته شده در میکروبیولوژی کوتاه شده است. با این حال، قبل از اینکه این اصول با موفقیت مورد استفاده قرار گیرند، ضروری است که مکانیسم تجزیه مولکول ها را درک کنیم، در غیر این صورت نمی دانیم این تلاش ها را به کجا هدایت کنیم.

Life on the planet depends on microbial activity. The recycling of carbon, nitrogen, sulphur, oxygen, phosphate and all the other elements that constitute living matter are continuously in flux: microorganisms participate in key steps in these processes and without them life would cease within a few short years. The comparatively recent advent of man-made chemicals has now challenged the environment: where degradation does not occur, accumulation must perforce take place. Surprisingly though, even the most recalcitrant of molecules are gradually broken down and very few materials are truly impervious to microbial attack. Microorganisms, by their rapid growth rates, have the most rapid turn-over of their DNA of all living cells. Consequently they can evolve altered genes and therefore produce novel enzymes for handling "foreign" compounds - the xenobiotics - in a manner not seen with such effect in other organisms. Evolution, with the production of micro-organisms able to degrade molecules hitherto intractable to breakdown, is therefore a continuing event. Now, through the agency of genetic manipulation, it is possible to accelerate this process of natural evolution in a very directed manner. The time-scale before a new microorganism emerges that can utilize a recalcitrant molecule has now been considerably shortened by the application of well-understood genetic principles into microbiology. However, before these principles can be successfully used, it is essential that we understand the mechanism by which molecules are degraded, otherwise we shall not know where best to direct these efforts.